Desarrollo de resinas termoendurecibles modificadas con grafeno
El grafeno es un material plano bidimensional en forma de panal compuesto por una sola capa de átomos de carbono conectados de manera híbrida sp2. Tiene muchas propiedades excelentes, como alta movilidad de portadores, alta transmitancia de luz, alta área de superficie específica, alto módulo de Young, alta resistencia a la fractura, etc. Estas propiedades hacen del grafeno un relleno ideal para mejorar el rendimiento de las resinas termoendurecibles. Los materiales de resina termoendurecible han atraído la atención generalizada de la industria y el mundo académico debido a sus ventajas, como alta resistencia específica, gran módulo específico, buena estabilidad térmica y resistencia a la corrosión.
Hay dos formas principales de modificar la superficie del polvo de grafeno: modificación de enlace covalente y modificación de enlace no covalente.
La modificación de enlace covalente es un método que utiliza reacciones químicas para lograr la unión covalente de modificadores en la superficie del grafeno, o un tratamiento especial del grafeno para formar nuevos grupos funcionales o enlaces químicos, mejorando así la compatibilidad y dispersabilidad del polvo de grafeno en la matriz de resina.
La modificación de enlaces no covalentes combina principalmente el grupo modificado con grafeno a través del apilamiento de enlaces π-π para lograr una modificación eficaz del grafeno. La ventaja de este método es que mejora la dispersabilidad del grafeno sin cambiar la estructura química del grafeno ni introducir nuevos enlaces covalentes.
Para diferentes tipos de matrices de resina termoendurecible, es necesario seleccionar un método de modificación adecuado para que el polvo de grafeno se pueda dispersar uniformemente en la resina sin afectar el rendimiento de la matriz de resina.
Como un nuevo tipo de relleno de refuerzo, el grafeno se puede dispersar uniformemente en la matriz de resina termoendurecible para mejorar significativamente las propiedades mecánicas, la resistencia a la ablación, las propiedades eléctricas, la resistencia a la corrosión y la resistencia al desgaste del material compuesto, ampliando así el rango de aplicación de los materiales compuestos a base de resina termoendurecible.
Propiedades mecánicas
El grafeno puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas de los materiales de resina termoendurecible, lo que hace que los materiales compuestos tengan un valor de aplicación importante en los campos de la maquinaria y las piezas estructurales de automoción.
Rendimiento anti-ablación
La adición de óxido de grafeno mejorará la conductividad térmica del material compuesto y acelerará la extracción de calor, reduciendo la tasa de ablación lineal del material compuesto en un 62,08%. La adición de óxido de grafeno favorece la inducción de la formación de una capa de carbono en la matriz durante el proceso de ablación, mejorando el grado de grafitización de la matriz y formando una capa de aislamiento térmico para evitar que el calor se expanda hacia el material, reduciendo así la tasa de ablación lineal del material compuesto y mejorando la resistencia a la ablación del material compuesto de resina.
Propiedades eléctricas
El grafeno es un material de carbono con una estructura reticular bidimensional en forma de panal compuesta por átomos de carbono hibridados sp2. Los excelentes electrones π estructurales proporcionan un efecto conjugado, que mejora en gran medida la movilidad de los electrones. Al mismo tiempo, en condiciones ideales, la banda de conducción y la banda de valencia del grafeno están en contacto en el punto de Dirac, de modo que los electrones pueden moverse entre la banda de valencia y la banda de conducción sin impedimentos de energía, lo que promueve que el grafeno tenga excelentes propiedades eléctricas.
Resistencia a la corrosión
La resina termoendurecible es un material de matriz común en los materiales de revestimiento y tiene una excelente resistencia a la corrosión, pero el material de resina curado producirá microporos o microhuecos, lo que debilita la capacidad de protección del sustrato. La estabilidad química y las propiedades de barrera del propio grafeno pueden prevenir eficazmente la penetración de agentes corrosivos y evitar una mayor difusión de agentes corrosivos en la superficie cuando alcanzan la superficie del metal, minimizando el grado de daño por corrosión al sustrato protector, lo que lo convierte en el relleno preferido para revestimientos de sustratos metálicos.
Aplicación de la resina termoendurecible modificada con grafeno
En la actualidad, la resina termoendurecible modificada con grafeno se utiliza principalmente en recubrimientos anticorrosión de alta resistencia, que se aplican en equipos de gran tamaño (como grandes barcos, plataformas de superficie, turbinas eólicas, etc.) para evitar la corrosión y prolongar la vida útil; en el futuro, la resina termoendurecible modificada con grafeno también se utilizará más ampliamente en la industria aeroespacial, los componentes electrónicos y otros campos.
Aplicación de polvo de sílice modificado
El polvo de sílice es un relleno funcional inorgánico no metálico muy importante que se puede combinar con polímeros orgánicos y mejorar el rendimiento general de los materiales compuestos. Se utiliza ampliamente en los campos de la electricidad y la electrónica, el caucho de silicona, los revestimientos, los adhesivos, los materiales de encapsulado y otros.
El polvo de sílice en sí es una sustancia polar e hidrófila. Tiene propiedades de interfaz diferentes a las de la matriz polimérica, poca compatibilidad y, a menudo, es difícil de dispersar en el material base. Por lo tanto, para que el material compuesto sea más excelente, generalmente es necesario modificar la superficie del polvo de sílice y cambiar deliberadamente las propiedades físicas y químicas de la superficie del polvo de sílice de acuerdo con las necesidades de la aplicación, a fin de mejorar su compatibilidad con materiales poliméricos orgánicos y cumplir con sus requisitos de dispersión y fluidez en materiales poliméricos.
Laminado revestido de cobre
El laminado revestido de cobre es un material básico electrónico elaborado mediante la impregnación de fibra de vidrio u otros materiales de refuerzo con una matriz de resina, la adición de diferentes rellenos y el recubrimiento de uno o ambos lados con una lámina de cobre mediante procesos como el ajuste del pegamento y la impregnación, y luego el prensado en caliente. La adición de polvo de sílice modificado puede reducir el costo de producción de los laminados revestidos de cobre y mejorar su resistencia al calor, conductividad y propiedades mecánicas.
Caucho
El caucho es un material polimérico altamente elástico con deformación reversible. Puede usarse ampliamente en electrónica, automóviles, ingeniería civil, defensa nacional, medicina y salud, y necesidades diarias. En el proceso de preparación del caucho, agregar una cierta cantidad de relleno inorgánico no solo puede reducir el costo de producción del caucho, sino que también mejora significativamente las propiedades físicas integrales y las propiedades mecánicas dinámicas de los materiales compuestos de caucho.
Plástico
El polvo de silicio se puede usar como relleno en materiales como polietileno (PE), cloruro de polivinilo (PVC), polipropileno (PP), éter de polifenileno (PPO) en el proceso de fabricación de plásticos. Se usa ampliamente en muchos campos como la construcción, los automóviles, los materiales de aislamiento de comunicaciones electrónicas, la agricultura, las necesidades diarias, la defensa nacional y el ejército.
Compuesto de moldeo epoxi
El compuesto de moldeo epoxi es un compuesto de moldeo hecho de una variedad de aditivos. Es un material clave para el embalaje electrónico y representa más del 97% del mercado de embalajes microelectrónicos. Puede ser ampliamente utilizado en semiconductores, electrónica de consumo, circuitos integrados, aviación, militares y otros campos de embalaje.
Fundición de epoxi
El material de fundición de aislamiento de epoxi es una mezcla de resina polimerizable líquida o viscosa hecha de resina, agente de curado, relleno, etc. A la temperatura de vertido, el material moldeable tiene buena fluidez y menos volátiles, curado rápido y pequeña contracción después del curado. La resina epoxi formada después del moldeable es un producto aislante que integra múltiples funciones como aislamiento, a prueba de humedad, a prueba de moho, anticorrosión, fijación y aislamiento.
Pegamento para encapsulado electrónico
El pegamento para encapsulado se usa a menudo en componentes electrónicos, principalmente para unir, sellar, barrera y protección. Es líquido antes del curado y tiene cierta fluidez. La viscosidad del pegamento varía según el material, el rendimiento y el proceso de producción del producto, y su valor de uso solo se puede obtener después de que el pegamento esté completamente curado.
Piedra de cuarzo artificial
El polvo de silicio se utiliza como relleno en la piedra de cuarzo artificial, lo que no solo puede reducir el consumo de resina insaturada, sino que también mejora la resistencia al desgaste, la resistencia a los ácidos y álcalis, la resistencia mecánica y otras propiedades de la placa de cuarzo artificial.
Los diferentes campos de aplicación del micropolvo de silicio tienen diferentes requisitos de calidad. Por lo tanto, al elegir la aplicación del micropolvo de silicio, se debe combinar con las necesidades de las industrias posteriores, y se deben considerar los costos, la eficiencia, el rendimiento y otros factores integrales para seleccionar el tipo de micropolvo de silicio, el modificador y la fórmula adecuados. Con la mejora continua de la economía y la sociedad de mi país, en la actualidad, la investigación de aplicaciones del micropolvo de silicio modificado se centrará principalmente en laminados revestidos de cobre de alta gama, adhesivos de alto rendimiento, materiales de aislamiento y otros campos de alta tecnología producidos con micropolvo de silicio esférico como materia prima. El refinamiento y la especialización funcional serán la dirección principal de la aplicación del micropolvo de silicio modificado en el futuro.
Equipo común de modificación de superficies de polvos
Los factores que afectan el efecto de modificación del polvo incluyen las propiedades de las materias primas del polvo, los métodos de modificación, los procesos de modificación, los modificadores y sus fórmulas, y el equipo de modificación. Cuando se determinan el proceso de modificación del polvo y el modificador o la fórmula, el equipo de modificación se convierte en el factor clave que afecta el efecto de modificación del polvo.
El equipo de modificación del polvo asume principalmente tres responsabilidades: una es la mezcla, la segunda es la dispersión y la tercera es que el modificador se derrita en el equipo y se combine bien con el polvo. Además, también se requiere que el equipo de modificación del polvo tenga un menor consumo de energía y desgaste, no genere contaminación por polvo, tenga un funcionamiento sencillo del equipo y un funcionamiento estable.
1. Modificador híbrido de alta eficiencia HEM
El modificador híbrido de alta eficiencia HEM tiene seis grupos de paletas agitadoras, 24 cuchillas móviles y placas guía. Los materiales se mezclan completamente repetidamente en el contenedor y actúan repetidamente con los aditivos, de modo que los materiales absorban los aditivos, de modo que los aditivos se cubran uniformemente sobre la superficie del polvo.
2. Mezclador de calentamiento de alta velocidad
El mezclador de calentamiento de alta velocidad es uno de los equipos más utilizados para el recubrimiento químico y la modificación de polvos inorgánicos, como los rellenos o pigmentos inorgánicos. Es un equipo de mezcla ampliamente utilizado en la industria de procesamiento de productos plásticos.
3. Modificador de superficie de polvo continuo SLG
El modificador de superficie de polvo continuo SLG se compone principalmente de un termómetro, un puerto de descarga, una entrada de aire, un conducto de aire, una máquina principal, un puerto de alimentación, una bomba dosificadora y un alimentador.
4. Modificador de superficie de impacto de flujo de aire de alta velocidad
La estructura principal se compone principalmente de un rotor giratorio de alta velocidad, un estator, un circuito de circulación, un ala, una camisa, un dispositivo de alimentación y descarga. Todo el sistema consta de mezclador, dispositivo de alimentación dosificadora, modificador de superficie de impacto de flujo de aire de alta velocidad, dispositivo de recolección de producto, dispositivo de control, etc.
5. Mezclador de paletas horizontales
El mezclador de paletas horizontales es un modificador de superficie de polvo intermitente con un cilindro horizontal y una paleta múltiple de un solo eje como características estructurales. Se compone principalmente de mecanismo de transmisión, eje principal, cilindro, tapa de extremo, etc.
6. Molino de turbina (rotativo)
Se compone principalmente de base de máquina, parte de accionamiento, cámara de trituración, ajuste de espacio y entrada y salida. La característica es que el calor generado por el proceso de molienda ultrafina (50℃～60℃) se utiliza para introducir el polvo ultrafino triturado en el molino de vórtice, y el modificador de ácido esteárico precalentado y fundido se dosifica para llevar a cabo la modificación continua de la superficie.
7. Molino turbo
El molino turbo se compone principalmente de una rueda de despolimerización, una puerta de descarga, una entrada de aire, un clasificador, un puerto de alimentación, una entrada de dispersante de superficie multicanal y un alimentador.
Finalmente, los principios de selección del equipo de modificación de superficie se resumen de la siguiente manera:
(1) Buena dispersabilidad del polvo y del modificador de superficie. Solo con una buena dispersabilidad el polvo y el modificador de superficie pueden tener una oportunidad y un efecto relativamente iguales, y se puede reducir la cantidad de modificador de superficie. (2) La temperatura de modificación y el tiempo de residencia son ajustables dentro de un rango determinado.
(3) Bajo consumo de energía por unidad de producto y bajo desgaste. Además del modificador, el principal costo de la modificación de la superficie es el consumo de energía. Los equipos de modificación de bajo consumo de energía pueden reducir los costos de producción y mejorar la competitividad del producto; el bajo desgaste no solo puede evitar la contaminación de los materiales modificados, sino que también mejora la eficiencia operativa del equipo y reduce los costos operativos.
(4) Menor contaminación por polvo. El escape de polvo durante el proceso de modificación no solo contamina el entorno de producción, sino que también causa pérdida de material, lo que resulta en un aumento de los costos de producción del producto. Por lo tanto, se debe investigar la contaminación por polvo del equipo.
(5) Producción continua, operación simple y baja intensidad de mano de obra.
(6) Operación suave y confiable.
(7) Alto nivel de control automático, que puede ajustar automáticamente el volumen de procesamiento, la cantidad de adición de modificador, la temperatura de modificación, el tiempo de residencia y otros factores de acuerdo con las propiedades del material y las propiedades del modificador de superficie.
(8) La capacidad de producción del equipo debe ser consistente con la escala de producción diseñada. Cuando se aumenta la escala de producción diseñada, se deben seleccionar equipos de gran escala tanto como sea posible para reducir la cantidad de equipos para reducir el espacio en el piso, los costos de producción y facilitar la gestión.
Obtenga información sobre la línea de producción de equipos de procesamiento de polvo general.
Los equipos de procesamiento de polvo son un componente central indispensable en la producción industrial moderna. Pasan por múltiples flujos de procesos clave, como el transporte de materia prima en polvo, la molienda, la clasificación, el tratamiento de superficies, la separación sólido-sólido, la separación líquido-sólido, la separación gas-sólido, el secado, la mezcla, la granulación, el moldeado, la tostación/calcinación, el enfriamiento, el envasado y el almacenamiento.
Alimentación/Alimentación: Alimentador vibratorio, Alimentador vibratorio electromagnético, Alimentador de tornillo, Alimentador de disco, Alimentador rotatorio
Transporte: Transportador de banda, Transportador de cadena, Elevador de cangilones, Transportador neumático, Transportador hidráulico, Transportador de tornillo
Equipos de transporte de polvo y partículas industriales de uso común
1 Transportador de tornillo
2 Transportador de cadena de tubos
3 Equipos de transporte neumático de presión positiva
Molino de molienda
Trituradora de mandíbulas: utiliza la mandíbula móvil para acercarse y alejarse periódicamente de la mandíbula fija para triturar los materiales.
Trituradora de cono: utiliza el cono móvil oscilante para acercarse y alejarse periódicamente del cono fijo para triturar los materiales.
Trituradora de martillos: utiliza el impacto generado por la rotación de la cabeza del martillo articulada en el rotor para triturar materiales.
Trituradora de impacto: utiliza el impacto del martillo de placa fijado rígidamente en el rotor y la placa de impacto para triturar materiales.
Trituradora de cizalla: utiliza el movimiento relativamente rápido entre las cuchillas afiladas móviles y estáticas para triturar materiales.
Molino de rodillos: utiliza rodillos de extrusión que giran sincrónicamente para triturar materiales.
Molino de impacto: utiliza impulsores giratorios horizontales de alta velocidad para hacer que los materiales se muevan centrífugamente a alta velocidad y colisionen y se aplasten entre sí en la cámara de vórtice.
Molino de bolas/molino de tubos: utiliza el impacto, la molienda y el cizallamiento de los medios de molienda en el cilindro giratorio para triturar materiales. Los medios de molienda son esféricos, de columna corta, en forma de varilla, etc.
Molino de cribado: utiliza un molino con un mecanismo de cribado para triturar y clasificar los materiales triturados.
Molino de vibración: utiliza el impacto, la molienda y el cizallamiento de los medios de molienda en el cilindro vibratorio para triturar el material.
Molino de torre/molino agitador vertical: utiliza el impacto, la molienda y el cizallamiento de los medios de molienda impulsados por el mecanismo de agitación vertical para triturar el material.
Molino agitador horizontal: utiliza el impacto, la molienda y el cizallamiento de los medios de molienda impulsados por el mecanismo de agitación horizontal para triturar el material.
Molino vertical/molino de ruedas: utiliza la rotación relativa del disco de molienda y el rodillo de molienda para moler y triturar el material, y clasificar el material molido, como el molino Raymond, el molino Loesche, etc.
Molino de rodillos anulares: utiliza la revolución y la rotación del anillo de molienda (rodillo) para triturar el material entre el anillo de molienda y el círculo de molienda por impacto, colisión y cizallamiento.
Molino de rodillos horizontales: el cilindro giratorio fuerza al material a sujetarse entre la pared del cilindro y el rodillo de alta presión, y se aprieta, muele, cizalla y tritura repetidamente.
Molino planetario: utiliza el impacto y la molienda de los medios de molienda impulsados por la revolución y la rotación del cilindro de molienda para triturar el material.
Molino coloidal: el material se corta y muele entre los dientes giratorios de alta velocidad y los dientes fijos y se emulsiona y dispersa de manera efectiva.
Pulverizador de flujo de aire: el material se tritura mediante una fuerte colisión, impacto y fricción entre los materiales o entre los materiales y la pared del dispositivo mediante un flujo de aire de alta velocidad.
Molinillo de servicio pesado: el rodillo en forma de disco corre a lo largo de la pista inferior, aplicando repetidamente el laminado y el corte para triturar el material.
Molinillo de pared lateral: el rodillo cilíndrico es impulsado por el eje giratorio para girar y la pared lateral produce un efecto de extrusión para triturar el material.
Clasificador
Máquina de cribado: la clasificación se realiza mediante cribas, incluidas cribas horizontales, cribas vibratorias, cribas de resonancia, cribas de tambor, etc.
Criba fija: la clasificación se realiza mediante una placa de criba inclinada compuesta por barras de rejilla paralelas.
Clasificador de sedimentación por gravedad: la clasificación se realiza utilizando la diferencia en la velocidad de sedimentación final de las partículas en el fluido.
Ciclón: Bajo la acción de la fuerza centrífuga, las partículas más grandes son arrojadas a la pared del dispositivo y giran hacia abajo para ser descargadas, y las partículas más pequeñas giran hacia arriba para ser descargadas para lograr la clasificación.
Clasificador de polvo centrífugo: utiliza las diferentes trayectorias de movimiento de las partículas en el campo centrífugo para lograr la separación de gas-sólido o la clasificación de polvo.
Clasificador de polvo ciclónico: utiliza un plato giratorio para impulsar las palas para que giren para la clasificación de polvo.
Clasificador de rotor: Cuando el flujo bifásico de gas-sólido pasa a través del espacio entre las palas del rotor de alta velocidad, las partículas grandes se arrojan en la dirección de la fuerza centrífuga, clasificándose así.
Clasificador de dispersión: El material se dispersa y se esparce en el área de dispersión y luego ingresa al área de clasificación.
Modificación superficial (activación) del talco y su aplicación en plásticos y recubrimientos
El talco es un silicato hidratado con una fórmula química de 3MgO·4SiO2·H2O. Su forma cristalina puede ser de escamas, hojas, agujas y bloques.
La estructura del talco puro consiste en una capa de brucita (hidróxido de magnesio, MgO·H2O) intercalada entre dos capas de sílice, con las capas apiladas una sobre la otra y las capas de talco adyacentes unidas por fuerzas débiles de van der Waals. Cuando se le aplica cizallamiento, las capas pueden deslizarse fácilmente unas contra otras.
El talco es inerte a la mayoría de los reactivos químicos, no se descompone al entrar en contacto con ácido, es un mal conductor de electricidad, tiene baja conductividad térmica y alta resistencia al choque térmico, y no se descompone al calentarse a 900 °C.
Estas excelentes propiedades del talco lo convierten en un buen relleno y se utiliza ampliamente en los campos de los plásticos y los revestimientos, pero la superficie hidrófila del talco limita su aplicación en algunos campos hidrófobos. Para mejorar aún más su rendimiento y ampliar sus áreas de aplicación, es necesaria la modificación de la superficie.
1. Métodos de modificación de la superficie y modificadores de uso común para el talco
(1) Modificadores de superficie de uso común para el talco
Para que el talco se adhiera mejor a los polímeros, existen dos tipos principales de modificadores que se utilizan actualmente para la modificación:
Agentes de acoplamiento: principalmente titanatos, aluminatos, silanos y ácidos esteáricos. Los titanatos son los más utilizados. Su estructura molecular es R´-O-Ti-(O-X-R-Y)n, donde R´O- puede reaccionar con la estructura química de la superficie del relleno, R es un grupo enredado de cadena larga con una estructura grasa o aromática, que puede mejorar la compatibilidad entre el polímero y el relleno, e Y es un grupo reactivo activo que puede reticularse o unirse en el sistema de relleno de polímero.
Surfactantes: principalmente dodecilbencenosulfonato de sodio, dodecilsulfonato de sodio, bromuro de dodeciltrimetilamonio, cloruro de dodeciltrimetilamonio, olefinsulfonato de sodio, etc., que tienen el mismo efecto que los agentes de acoplamiento en la mejora de la compatibilidad entre polímeros y cargas, pero su mecanismo de unión a la superficie de la carga es diferente al de los agentes de acoplamiento.
(2) Métodos de modificación de la superficie del talco en polvo
Modificación del recubrimiento de la superficie: cubrir la superficie de las partículas con surfactantes para darles nuevas propiedades es un método común hoy en día.
Método mecanoquímico: método de modificación que utiliza trituración, fricción y otros métodos para mejorar la actividad de la superficie. Este método consiste en triturar y frotar partículas relativamente grandes para hacerlas más pequeñas.
Modificación de la película externa: método de recubrimiento uniforme de una capa de polímero sobre la superficie de las partículas para cambiar las propiedades de la superficie de las partículas. En el caso del talco en polvo, primero se puede triturar y activar, luego adsorber con tensioactivos en determinadas condiciones y luego adsorber con monómeros a través de tensioactivos, y finalmente los monómeros se someten a polimerización para lograr el efecto de recubrimiento de la superficie.
Modificación activa local: utilice reacciones químicas para formar diferentes grupos funcionales en la superficie de las partículas para lograr el propósito de la modificación de la superficie.
Modificación de la superficie de alta energía: utilice descargas de alta energía, rayos ultravioleta, rayos de plasma, etc. para modificar la superficie de las partículas. Este método utiliza la enorme energía generada por descargas de alta energía, rayos ultravioleta, rayos de plasma, etc. para modificar la superficie de las partículas, haciendo que sus superficies sean activas. Mejore la compatibilidad de partículas y polímeros.
Modificación por reacción de precipitación: modificación mediante reacción de precipitación. Este método utiliza el efecto de precipitación para recubrir la superficie de las partículas para lograr el efecto de modificación.
2. Aplicación del talco en polvo en el campo de los plásticos
El talco en polvo rellena los plásticos para mejorar la rigidez, la estabilidad dimensional y la lubricidad de los productos, evitar la fluencia a alta temperatura, reducir el desgaste de la maquinaria de moldeo y hacer que el polímero mejore la dureza y la resistencia a la fluencia mediante el relleno mientras que la resistencia al impacto permanece básicamente sin cambios. Si se maneja correctamente, puede mejorar la resistencia al choque térmico de los polímeros, mejorar la contracción de moldeo de los plásticos, el módulo elástico de flexión y la resistencia a la fluencia de los productos.
Aplicación en materiales de PP: Esta aplicación es la más estudiada y la más utilizada. Ahora se usa ampliamente en piezas de automóviles, como parachoques de automóviles, piezas periféricas del motor, piezas de aire acondicionado, tableros de instrumentos, faros, chasis, pedales y otras piezas.
Aplicación en automóviles: Los materiales de PP tienen una amplia gama de fuentes, baja densidad y se pueden modificar para mejorar sus propiedades físicas y químicas. Puede reducir los costos, reducir el peso y reducir el consumo de combustible sin reducir las propiedades mecánicas. Por ejemplo, el ventilador de enfriamiento automotriz inyectado con materiales PP rellenos de talco no solo es liviano y silencioso, sino que también mejora la eficiencia de enfriamiento.
23 campos de aplicación del caolín
(1) Industria cerámica
La industria cerámica es la primera en utilizar caolín y la industria con mayor cantidad de caolín. El importe general es del 20% al 30% de la fórmula. La función del caolín en la cerámica es introducir Al2O3, que puede mejorar su estabilidad química y su resistencia a la sinterización.
(2) caucho
Rellenar caolín en la mezcla coloidal de caucho puede mejorar la estabilidad química, la resistencia al desgaste y la resistencia mecánica del caucho, prolongar el tiempo de endurecimiento y mejorar las propiedades reológicas, las propiedades de mezcla y las propiedades de vulcanización del caucho, aumentar la viscosidad del producto no vulcanizado. , y evitar que se hunda, colapse, se hunda, se deforme, tubos planos, etc.
(3) pigmentos de pintura
El caolín se ha utilizado como carga para pinturas y barnices durante mucho tiempo debido a su color blanco, bajo precio, buena fluidez, propiedades químicas estables y gran capacidad de intercambio catiónico en superficie.
(4) Materiales refractarios
El caolín tiene buenas propiedades refractarias y se utiliza a menudo para producir productos refractarios.
(5) Catalizadores
El caolín se puede utilizar directamente o después de una modificación ácida o alcalina como matriz catalítica, o se puede sintetizar en tamices moleculares o catalizadores que contengan tamices moleculares tipo Y mediante tecnología de cristalización in situ.
(6) Materiales de los cables
La producción de cables de alto aislamiento requiere la adición de cantidades excesivas de mejoradores del rendimiento eléctrico.
(7) Campo de lubricación
El caolín tiene una estructura en capas y un tamaño de partícula pequeño, lo que le confiere buena lubricidad.
(8) Tratamiento de aguas residuales de metales pesados
El caolín tiene abundantes reservas, amplias fuentes y precios bajos. Su estructura natural en capas bidimensional le confiere una gran superficie específica y un buen rendimiento de adsorción.
(9) Utilización de recursos secundarios
El caolín modificado también se utiliza en el campo de la utilización de recursos secundarios para recuperar iones metálicos.
(10) Tratamiento de productos petrolíferos degradados
Actualmente, el método más utilizado para tratar productos petrolíferos degradados es la regeneración por adsorción, que se compone principalmente de adsorbentes de sílice-alúmina elaborados a partir de bentonita procesada, caolín, etc.
(11) Materiales de almacenamiento térmico de cambio de fase de construcción
Utilizando dimetilsulfóxido (DMSO) como agente de intercalación, el caolín a base de carbón se intercaló y modificó mediante el método de intercalación en estado fundido, y el caolín intercalado se utilizó como matriz.
(12) Materiales de almacenamiento de energía solar.
Utilizando caolín y estearato de sodio como materias primas, se prepara un nuevo tipo de material de almacenamiento de calor con cambio de fase de caolín/estearato de sodio.
(13) Tamices moleculares
El caolín tiene abundantes reservas, un precio barato y un alto contenido de aluminio y silicio, lo que lo convierte en una buena materia prima para preparar tamices moleculares.
(14) Materiales de intercalación orgánica de caolinita.
El método de intercalación generalmente implica insertar moléculas orgánicas o polímeros en capas en materiales inorgánicos en capas para preparar materiales compuestos de intercalación.
(15) Nanomateriales
Debido a su tamaño especial, los nanomateriales tienen muchas propiedades únicas, como proteger contra los rayos ultravioleta y las ondas electromagnéticas, y se utilizan en las industrias militar, de comunicaciones, informática y otras; la adición de nanoarcilla en el proceso de producción de dispensadores de agua y refrigeradores tiene efectos antibacterianos y desinfectantes; Agregar nanoarcilla en la producción de cerámica puede aumentar la resistencia de la cerámica 50 veces y puede usarse para fabricar piezas de motores.
(16) Preparación de fibra de vidrio.
El caolín es una materia prima importante para la preparación de fibra de vidrio, ya que proporciona Al2O3 y SiO2 para la fibra de vidrio.
(17) Materiales de sílice mesoporosa
Los materiales mesoporosos son materiales con tamaños de poro de 2 a 50 nm. Tienen gran porosidad, capacidad de adsorción y superficie específica.
(18) Materiales hemostáticos
El sangrado incontrolado después de un traumatismo es la principal causa de alta mortalidad. Basado en la capacidad del agente hemostático natural daizheshi para controlar el sangrado, se sintetizó con éxito un nuevo tipo de material compuesto de nanoarcilla de óxido de hierro/caolín.
(19) Portador de drogas
El caolín es un cristal en capas 1:1 con una disposición apretada y uniforme y una gran superficie específica. A menudo se utiliza como material de liberación sostenida.
(20) Material antibacteriano
(21) Ingeniería de tejidos
Utilizando caolín como aglutinante, se preparó con éxito un andamio de MBG tridimensional con excelente resistencia mecánica, capacidad de mineralización y buena respuesta celular utilizando un método de plantilla de espuma de poliuretano (PU) modificado.
(22) Cosméticos
El caolín se puede utilizar como aditivo en cosméticos para mejorar la absorción de aceite y agua, mejorar la afinidad de los cosméticos con la piel y mejorar la función hidratante.
(23) Aplicación del caolín en la industria papelera.
En la industria papelera, el mercado internacional del caolín es relativamente próspero y su volumen de ventas supera al de la cerámica, el caucho, la pintura, los plásticos, los materiales refractarios y otras industrias.
Modificación de la superficie de materiales de ánodo de grafito.
El grafito es el primer material de electrodo negativo para baterías de iones de litio que se aplica comercialmente. Después de tres décadas de desarrollo, el grafito sigue siendo el material de electrodo negativo más fiable y utilizado.
El grafito tiene una buena estructura en capas, con átomos de carbono dispuestos en forma hexagonal y que se extienden en una dirección bidimensional. Como material de electrodo negativo para baterías de iones de litio, el grafito tiene una alta selectividad para los electrolitos, un rendimiento deficiente de carga y descarga de alta corriente, y durante el primer proceso de carga y descarga, los iones de litio solvatados se insertarán en las capas intermedias de grafito, se reducirán y se descompondrán para producen nuevas sustancias, provocando una expansión de volumen, lo que puede conducir directamente al colapso de la capa de grafito y deteriorar el rendimiento del ciclo del electrodo. Por tanto, es necesario modificar el grafito para mejorar su capacidad específica reversible, mejorar la calidad de la película SEI, aumentar la compatibilidad del grafito con el electrolito y mejorar su rendimiento del ciclo. En la actualidad, la modificación de la superficie de los electrodos negativos de grafito se divide principalmente en fresado mecánico de bolas, tratamiento de oxidación y halogenación de la superficie, recubrimiento de la superficie, dopaje de elementos y otros medios.
Método de molienda mecánica de bolas.
El método de molienda mecánica de bolas consiste en cambiar la estructura y morfología de la superficie del electrodo negativo de grafito por medios físicos para aumentar el área de superficie y el área de contacto, mejorando así la eficiencia de almacenamiento y liberación de iones de litio.
1. Reducir el tamaño de las partículas: el fresado mecánico de bolas puede reducir significativamente el tamaño de las partículas de grafito, de modo que el material del electrodo negativo de grafito tenga una superficie específica mayor. Un tamaño de partícula más pequeño favorece la rápida difusión de los iones de litio y mejora el rendimiento de la batería.
2. Introducir nuevas fases: Durante el proceso de molienda de bolas, las partículas de grafito pueden sufrir cambios de fase debido a fuerzas mecánicas, como la introducción de nuevas fases como las fases romboédricas.
3. Aumentar la porosidad: el fresado de bolas también producirá una gran cantidad de microporos y defectos en la superficie de las partículas de grafito. Estas estructuras de poros pueden servir como canales rápidos para los iones de litio, mejorando la tasa de difusión de los iones de litio y la eficiencia de carga y descarga de la batería.
4. Mejorar la conductividad: aunque la molienda mecánica de bolas en sí no cambia directamente la conductividad del grafito, al reducir el tamaño de las partículas e introducir una estructura de poros, el contacto entre el electrodo negativo de grafito y el electrolito puede ser más suficiente, mejorando así la conductividad y Rendimiento electroquímico de la batería.
Tratamiento de oxidación y halogenación superficial.
El tratamiento de oxidación y halogenación puede mejorar las propiedades químicas interfaciales de los materiales de electrodos negativos de grafito.
1. Oxidación superficial
La oxidación superficial generalmente incluye oxidación en fase gaseosa y oxidación en fase líquida.
2. Halogenación superficial
Mediante el tratamiento de halogenación, se forma una estructura C-F en la superficie del grafito natural, que puede mejorar la estabilidad estructural del grafito y evitar que las escamas de grafito se caigan durante el ciclo.
Revestimiento de la superficie
La modificación del revestimiento de la superficie de los materiales de electrodos negativos de grafito incluye principalmente un revestimiento de material de carbono, metálico o no metálico y su revestimiento de óxido, y un revestimiento de polímero. El propósito de mejorar la capacidad específica reversible, la eficiencia del primer culombio, el rendimiento del ciclo y el rendimiento de carga y descarga de alta corriente del electrodo se logra mediante el recubrimiento de la superficie.
1. Recubrimiento de material de carbono
Se recubre una capa de carbono amorfo sobre la capa exterior de grafito para formar un material compuesto C/C con una estructura de "núcleo-cubierta", de modo que el carbono amorfo entre en contacto con el disolvente, evite el contacto directo entre el disolvente y el grafito, y Previene la exfoliación de la capa de grafito causada por la co-incrustación de las moléculas de disolvente.
2. Metales o no metales y su recubrimiento de óxido.
El metal y su recubrimiento de óxido se logra principalmente depositando una capa de metal u óxido metálico sobre la superficie del grafito. El recubrimiento de metal puede aumentar el coeficiente de difusión de los iones de litio en el material y mejorar el rendimiento del electrodo.
El recubrimiento de óxido no metálico, como Al2O3, el Al2O3 amorfo que recubre la superficie del grafito puede mejorar la humectabilidad del electrolito, reducir la resistencia a la difusión de los iones de litio e inhibir eficazmente el crecimiento de dendritas de litio, mejorando así las propiedades electroquímicas de los materiales de grafito.
3. Recubrimiento de polímero
Los óxidos inorgánicos o los recubrimientos metálicos son quebradizos, difíciles de recubrir uniformemente y se dañan fácilmente. Los estudios han demostrado que el grafito recubierto con sales de ácidos orgánicos que contienen dobles enlaces carbono-carbono es más eficaz para mejorar el rendimiento electroquímico.
El papel del sulfato de bario, el polvo de mica y el caolín en los recubrimientos en polvo.
Las cargas en recubrimientos en polvo no sólo pueden reducir costos, sino que también desempeñan un papel importante en la mejora del rendimiento de los productos de recubrimiento. Como mejorar la resistencia al desgaste y la resistencia al rayado del recubrimiento, reducir el pandeo del recubrimiento durante la nivelación por fusión, mejorar la resistencia a la corrosión y mejorar la resistencia a la humedad.
Al seleccionar cargas para recubrimientos en polvo, se deben considerar factores como la densidad, el rendimiento de dispersión, la distribución del tamaño de las partículas y la pureza. En términos generales, cuanto mayor es la densidad, menor es la cobertura del recubrimiento en polvo; la dispersión de partículas grandes es mejor que la de partículas pequeñas; la carga es químicamente inerte y puede evitar reaccionar con ciertos componentes de la fórmula en polvo, como los pigmentos; el color del relleno debe ser lo más blanco posible. Los materiales de relleno en polvo comúnmente utilizados en recubrimientos en polvo son principalmente carbonato de calcio, sulfato de bario, talco, mica en polvo, caolín, sílice, wollastonita, etc.
Aplicación de sulfato de bario en recubrimientos en polvo.
El sulfato de bario utilizado como pigmento en recubrimientos es de dos tipos: natural y sintético. El producto natural se llama barita en polvo y el producto sintético se llama sulfato de bario precipitado.
En los recubrimientos en polvo, el sulfato de bario precipitado puede mejorar la nivelación y la retención del brillo de los recubrimientos en polvo y tiene buena compatibilidad con todos los pigmentos. Puede hacer que los recubrimientos en polvo alcancen un espesor de recubrimiento ideal y una alta tasa de recubrimiento en polvo en el proceso de pulverización.
El relleno en polvo de barita se usa principalmente en imprimaciones industriales y recubrimientos intermedios para automóviles que requieren una alta resistencia del recubrimiento, un alto poder de relleno y una alta inercia química, y también se usa en capas superiores que requieren un mayor brillo. En la pintura de látex, debido al alto índice de refracción de la barita (1,637), el polvo fino de barita puede tener la función de pigmento blanco translúcido y puede reemplazar parte del dióxido de titanio en los recubrimientos.
El sulfato de bario ultrafino tiene las características de una gran cantidad de relleno, buen brillo, buena nivelación, fuerte retención de brillo y buena compatibilidad con todos los pigmentos. Es la masilla ideal para recubrimientos en polvo.
Aplicación de mica en polvo en recubrimientos en polvo.
El polvo de mica es una composición compleja de silicato, las partículas son escamosas, la resistencia al calor, a los ácidos y a los álcalis es excelente y afecta la fluidez de la fusión de los recubrimientos en polvo. Generalmente se utiliza en recubrimientos en polvo aislantes y resistentes a la temperatura y se puede utilizar como relleno para polvos de textura.
Aplicación de caolín en recubrimientos en polvo
El caolín puede mejorar las propiedades de tixotropía y antisedimentación. La arcilla calcinada no tiene ningún efecto sobre las propiedades reológicas, pero puede tener un efecto mate, aumentar el poder cubriente y aumentar la blancura como la arcilla sin tratar, que es similar al talco.
El caolín generalmente tiene una alta absorción de agua y no es adecuado para mejorar la tixotropía de recubrimientos y preparar recubrimientos hidrófobos. El tamaño de partícula de los productos de caolín está entre 0,2 y 1 μm. El caolín con gran tamaño de partículas tiene baja absorción de agua y buen efecto mateante. El caolín con un tamaño de partícula pequeño (menos de 1 μm) se puede utilizar para revestimientos semibrillantes y revestimientos interiores.
El caolín también se llama silicato de aluminio hidratado. Según los diferentes métodos de procesamiento, el caolín se puede dividir en caolín calcinado y caolín lavado. En términos generales, la absorción de aceite, la opacidad, la porosidad, la dureza y la blancura del caolín calcinado son mayores que las del caolín lavado, pero el precio también es más alto que el del caolín lavado.
14 aplicaciones del negro de carbón blanco
Aplicación en neumáticos
La sílice se utiliza como agente reforzante y la mayor cantidad se encuentra en el campo del caucho, representando el 70% del total. La sílice puede mejorar en gran medida las propiedades físicas del caucho, reducir la histéresis del caucho y reducir la resistencia a la rodadura del neumático sin perder su propiedad antideslizante.
Aplicación en antiespumantes
Generalmente existen dos tipos de sílice pirógena: hidrófila e hidrófoba. El producto hidrófobo se obtiene mediante tratamiento químico superficial del producto hidrófilo.
Aplicación en la industria de pinturas y revestimientos.
La sílice se puede utilizar como aditivo reológico, agente antisedimentación, dispersante y agente mateante en la producción de recubrimientos, desempeñando el papel de espesante, antisedimentación, tixotropía y mateante. También puede mejorar la resistencia a la intemperie y al rayado del recubrimiento, mejorar la fuerza de adhesión entre el recubrimiento y el sustrato y la dureza del recubrimiento, mejorar la resistencia al envejecimiento del recubrimiento y mejorar las características de absorción ultravioleta y reflexión de la luz infrarroja.
Aplicación en embalaje electrónico.
Al dispersar completamente la sílice piroactiva tratada con superficie activa en la matriz de pegamento de encapsulación de resina epoxi modificada con silicona, el tiempo de curado del material de encapsulación se puede acortar considerablemente (2,0-2,5 h) y la temperatura de curado se puede reducir a temperatura ambiente. para que el rendimiento de sellado del dispositivo OLED mejore significativamente
Aplicación en plásticos
La sílice también se utiliza a menudo en plásticos nuevos. Agregar una pequeña cantidad de sílice durante la mezcla de plástico producirá un efecto de refuerzo significativo, mejorará la dureza y las propiedades mecánicas del material, mejorando así la tecnología de procesamiento y el rendimiento del producto.
Aplicación en cerámica
El uso de sílice pirógena en lugar de nano-Al2O3 para agregar a la porcelana 95 no solo puede desempeñar el papel de nanopartículas, sino también ser una partícula de segunda fase, que no solo mejora la resistencia y tenacidad de los materiales cerámicos, sino que también mejora la dureza y la elasticidad. módulo del material. El efecto es más ideal que agregar Al2O3.
Aplicación en la industria papelera.
En la industria papelera, los productos de sílice pirógena se pueden utilizar como agentes de apresto de papel para mejorar la blancura y opacidad del papel, y para mejorar la resistencia al aceite, la resistencia al desgaste, la sensación al tacto, la impresión y el brillo. También se puede utilizar para secar dibujos, lo que puede hacer que la calidad de la superficie del papel sea buena, la tinta estable y la parte posterior sin grietas.
Aplicación en pasta de dientes
La sílice precipitada es el principal tipo de agente de fricción para la pasta de dientes en la actualidad. La sílice precipitada tiene una gran superficie específica total, una fuerte capacidad de adsorción, más sustancias adsorbidas y partículas uniformes, lo que favorece la mejora de la transparencia. Debido a sus propiedades estables, no tóxicas e inofensivas, es una buena materia prima para pasta de dientes.
Aplicación en cosmética
Las excelentes propiedades de la sílice, como la no toxicidad, la inodora y la fácil coloración, la hacen ampliamente utilizada en la industria cosmética. La sílice se utiliza en productos para el cuidado de la piel y cosméticos para hacer que la piel se sienta tersa y suave ("efecto de rodamiento de bolas"), y el "efecto de enfoque suave" producido hace que la luz irradiada sobre la superficie de la piel se distribuya uniformemente, de modo que las arrugas y las imperfecciones en la piel no se detectan fácilmente.
Aplicación de negro de humo blanco en zapatos de goma.
El negro de carbón blanco tiene un alto grado de negrura y partículas finas. El caucho vulcanizado elaborado con negro de humo blanco transparente tiene una alta transparencia y puede mejorar las propiedades físicas integrales del caucho.
Aplicación en la industria farmacéutica.
El negro de humo blanco tiene propiedades fisiológicas inertes, alta absorbibilidad, dispersabilidad y espesamiento, y se ha utilizado ampliamente en preparaciones farmacéuticas.
Aplicación en tinta
La sílice también se utiliza para controlar el flujo de tinta de la impresora para que no pueda fluir ni hundirse arbitrariamente para obtener una impresión clara. En latas de bebidas, controla el uso de recubrimiento por pulverización de alta velocidad. La sílice pirógena también se utiliza como dispersante y agente de control de flujo en el tóner de fotocopiadoras e impresoras láser.
Aplicación en pesticidas
La sílice se puede utilizar en pesticidas, herbicidas e insecticidas. Agregar una pequeña cantidad de sílice pirógena y sílice precipitada a la mezcla de dos herbicidas comunes, dinitroanilina y urea, evitará que la mezcla se aglomere.
Aplicación en las necesidades diarias.
Las bolsas de envasado de alimentos con sílice añadida pueden mantener frescas las frutas y verduras. El negro de humo blanco también se puede utilizar como fungicida altamente eficaz para prevenir y tratar diversas enfermedades de las frutas; En la producción de bebidas alcohólicas, agregar una pequeña cantidad de negro de carbón blanco puede purificar la cerveza y extender su vida útil.
Modificador de superficie en polvo
La modificación del recubrimiento de la superficie significa que el modificador de la superficie no tiene reacción química con la superficie de la partícula, y el recubrimiento y la partícula están conectados por la fuerza de Van der Waals. Este método es aplicable a la modificación de la superficie de casi todo tipo de partículas inorgánicas. Este método utiliza principalmente compuestos inorgánicos o compuestos orgánicos para recubrir la superficie de las partículas y debilitar la aglomeración de las partículas. Además, el recubrimiento genera repulsión estérica, lo que dificulta mucho la reaglomeración de las partículas. Los modificadores utilizados para la modificación de recubrimientos incluyen tensioactivos, hiperdispersantes, sustancias inorgánicas, etc.
La modificación química de la superficie se completa mediante una reacción química o adsorción química entre el modificador de la superficie y la superficie de la partícula. La modificación mecanoquímica se refiere a un método de modificación que cambia la estructura de la red mineral, la forma cristalina, etc. mediante métodos mecánicos como trituración, molienda y fricción, aumenta la energía interna del sistema, aumenta la temperatura, promueve la disolución de partículas, térmica. La descomposición, genera radicales libres o iones, mejora la actividad superficial de los minerales y promueve la reacción o adhesión mutua de minerales y otras sustancias para lograr el objetivo de modificación de la superficie.
El método de reacción de precipitación consiste en agregar un precipitante a una solución que contiene partículas de polvo, o agregar una sustancia que pueda desencadenar la generación de un precipitante en el sistema de reacción, de modo que los iones modificados experimenten una reacción de precipitación y precipiten en la superficie del partículas, recubriendo así las partículas. El método de precipitación se puede dividir principalmente en método de precipitación directa, método de precipitación uniforme, método de precipitación no uniforme, método de coprecipitación, método de hidrólisis, etc.
La modificación de la cápsula es un método de modificación de la superficie que cubre la superficie de las partículas de polvo con una película uniforme y de cierto espesor. El método de modificación de alta energía es un método de modificación iniciando una reacción de polimerización mediante tratamiento con plasma o radiación.
Existen muchos tipos de modificadores de superficie y aún no existe un estándar de clasificación unificado. Según las propiedades químicas del modificador de superficie, se puede dividir en modificadores orgánicos y modificadores inorgánicos, que se utilizan para la modificación de la superficie orgánica y la modificación de la superficie inorgánica de polvos, respectivamente. Los modificadores de superficie incluyen agentes de acoplamiento, tensioactivos, oligómeros de poliolefina, modificadores inorgánicos, etc.
La modificación de la superficie de los polvos se logra en gran medida mediante la acción de modificadores de superficie sobre la superficie de los polvos. Por lo tanto, la formulación de modificadores de superficie (variedad, dosis y uso) tiene una influencia importante en el efecto de modificación de la superficie del polvo y el rendimiento de la aplicación de productos modificados. La formulación de modificadores de superficie es muy específica, es decir, tiene las características de "una llave para abrir una cerradura". La formulación de modificadores de superficie incluye la selección de variedades, determinación de dosis y uso.
Variedades de modificadores de superficie.
Las principales consideraciones para seleccionar variedades de modificadores de superficie son las propiedades de las materias primas en polvo, el propósito o campo de aplicación del producto y factores como el proceso, el precio y la protección ambiental.
Dosificación de modificadores de superficie.
Teóricamente, la dosis requerida para lograr la adsorción monocapa en la superficie de la partícula es la dosis óptima, que está relacionada con el área de superficie específica de las materias primas en polvo y el área de la sección transversal de las moléculas modificadoras de superficie, pero esta dosis No es necesariamente la dosis de modificadores de superficie cuando se logra una cobertura del 100%. Para la modificación de recubrimientos de superficies inorgánicos, diferentes velocidades de recubrimiento y espesores de capa de recubrimiento pueden mostrar diferentes características, como color, brillo, etc. Por lo tanto, la dosis óptima real debe determinarse mediante pruebas de modificación y pruebas de rendimiento de la aplicación. Esto se debe a que la dosificación del modificador de superficie no sólo está relacionada con la uniformidad de la dispersión y el recubrimiento del modificador de superficie durante la modificación de la superficie, sino también con los requisitos específicos del sistema de aplicación para las propiedades de la superficie y los indicadores técnicos del polvo crudo. materiales.
Cómo utilizar el modificador de superficie.
Un buen método de uso puede mejorar la dispersión del modificador de superficie y el efecto de modificación de la superficie del polvo. Por el contrario, un uso inadecuado puede aumentar la dosis del modificador de superficie y el efecto de modificación no logrará el propósito esperado. El uso del modificador de superficie incluye los métodos de preparación, dispersión y adición, así como el orden de adición cuando se utilizan más de dos modificadores de superficie.